推进中小学智慧校园建设助力基础教育数字化转型升级

□万海鹏 陈 磊 王琦

一、引言

2021 年7 月8 日，教育部等六部门发布《关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》，提出要以信息化为主导，面向教育高质量发展需要，聚焦信息网络、平台体系、数字资源、智慧校园、创新应用、可信安全等方面进行新型基础设施体系建设。2022 年全国教育工作会议提出实施国家教育数字化战略行动，推动实现教育数字化转型升级。学校作为教育信息化的主阵地，有效推进智慧校园建设，成为国家教育信息化战略落地、教育数字化成功转型的关键。

建设智慧校园不仅是软硬件的装配，更要结合师生、管理者的教育服务需求和理念。然而当前部分中小学在建设智慧校园的过程中，存在缺少优质顶层设计[1]、各利益相关群体需求模糊不清晰、重视信息化设施建设而轻视应用现象普遍[2]、系统平台之间数据信息闭塞难以流转等问题，使信息化优势得不到充分发挥。因此，明晰智慧校园的内涵与核心特征、加强智慧校园建设框架的顶层设计成为破解上述难题、推动基础教育数字化转型升级的有效举措。

二、智慧校园的内涵与核心特征

智慧校园是数字校园的高级发展阶段，是依托物联网、云计算、大数据、无线通信等新一代信息技术打造的智能化教育信息生态系统，旨在实现信息技术与教育主流业务的深度融合（如智慧教学、智慧学习、智慧管理、智慧评价、智慧科研和智慧服务等），为教育利益相关者提供智能化、个性化、适应性、定制式的支持服务[3]。

关于智慧校园的核心特征，不同领域内的专家学者给出了不同的观点。黄荣怀[4]等提出了“智慧学习环境”的概念，认为智慧校园具有环境全面感知、网络无缝互通、海量数据支撑、开放学习环境、师生个性服务五个方面的特征。蒋东兴[5]认为智慧校园具有互联网络高速泛在、智能终端广泛应用、团队协作便利充分、集体知识共生共荣、业务应用智能融合、外部智慧融会贯通六个方面的特征。纪佩宇[6]等认为智慧校园具有无处不在的互联网络、全面感知的校园环境、广阔开放的学习环境、智能化的数据处理和个性化的应用服务五个方面的特性。王燕[7]认为智慧校园具有宽带网络互联高速泛在、智能环境感知实时全面、业务应用智能全面融合、海量数据智能挖掘分析、智能服务友好个性便利五个方面的特征。贾国荣[8]认为数字化和网络化是智慧校园的基础，集成化和智能化是其核心，智慧化的云计算是其灵魂。

综合以上学者的观点，并结合中小学校园的实际应用情况，可以将智慧校园的核心特征概括为以下三点：一是数字化、网络化和互联化是环境基础。智慧校园建立在数字化和网络化的基础上，通过在校园建筑、教学仪器设备、教室、桌椅板凳、图书等设施设备与校园网络之间建立无缝互通的连接，赋予物以智能，实现人与物的互联。二是集成化、智能化和个性化是服务支撑。“互联网+”时代的智慧校园集成了校园内外的各种信息服务平台，采用标准化的接入和服务模式，实现不同设备之间的智能化连通，并向各相关利益群体提供个性化的支持服务。三是泛在化的情境感知、分布式的云计算和定制式的分析服务是应用保障。为了实现智慧校园的目标，需要通过强大的物联网感知技术进行泛在化的情境感知，获取教学、学习、管理等过程中的全部数据信息，利用分布式的云计算技术和存储功能，完成对数据信息的综合分析，同时允许各相关利益群体定制个性化的分析服务需求。

智慧校园三个核心特征之间的关系（见图1）：数字化、网络化和互联化，为集成化、智能化、个性化及泛在化的情境感知、分布式的云计算、定制式的分析服务奠定基础，没有数字化、网络化和互联化，其他两方面也很难实现；集成化、智能化和个性化是智慧校园各类服务实现的关键支撑，从用户角度对其需求进行汇聚和推送，能提升其他两方面的建设水平；泛在化的情境感知、分布式的云计算和定制式的分析服务是智慧校园各类服务得以应用的保障，为智慧校园提供大数据支撑，涵盖数据的获取、存储和应用等多个方面，是智慧校园智慧的根基所在，能提升数字化、网络化和互联化的水平，为集成化、智能化和个性化提供支撑和服务。

三、中小学智慧校园建设框架

智慧校园建设作为推动基础教育数字化转型升级的重要手段，在落实过程中需要明确其核心需求，进而有针对性地进行顶层体系结构设计。

（一）需求分析

智慧校园建设是一个系统化工程，涉及学生、教师、家长、教育管理者、技术人员等相关利益群体。因此，需要通过分析学校日常运转下的常规化业务并结合学校的个性化特征来确定智慧校园建设的整体需求，为后续实施优质高效的服务奠定基础。具体来说，智能校园建设的整体需求主要包括日常校园业务管理和服务需求、学校教育大数据共享需求、基础软件支撑平台功能需求和移动智能化需求。

图1 智慧校园的核心特征

1.日常校园业务管理和服务需求

通过搭建教育业务管理系统，实现学生、教师、家长、教育管理者和技术人员的管理和服务需求。面向学生的个性成长服务，为学生提供个性化学习体验、适应性课程、精准化作业、数字化教材等服务，促进学生综合素质的发展；面向教师的专业发展服务，提供课前协同备课、课中精准教学、课后作业辅导、无纸化办公等管理与服务；面向家长的家校服务，提供孩子安全监管、家长社区、家校沟通、亲子活动等服务；面向教育管理者，提供门户展示、德育信息录入、档案管理、办公管理、设备报修管理、校园安全监控等管理与服务；面向技术开发人员，提供校园系统运行状况报表、各相关利益群体的使用体验报告、平台运维问题反馈及技术支持等管理与服务。

2.学校教育大数据共享需求

由于以往智慧校园各系统之间缺乏统一的数据标准，导致建成后的各个系统之间无法提供相互数据交换的功能，这就使某些数据在需要跨部门使用时，必须依赖手工或半手工的方式传输。同时，当有新的业务应用系统纳入时，由于各业务应用系统之间的数据交换不明晰，导致新的业务应用系统迟迟不能融入已有的智慧校园体系，这就极大降低了新业务应用系统的上线效率。为此，需要建立统一的数据共享规范及机制，构建数据中台，提供校园层面统一的数据API 服务，打通智慧校园系统之间的各类数据壁垒，实现智慧校园数据的共建共享、协同发展。

3.基础软件支撑平台功能需求

随着学校的发展，教学与管理的服务需求将得到不断拓展，为避免紧耦合的“交换孤岛、数据孤岛”现象发生，需要在智慧校园建设的平台层构建统一的基础软件支撑平台，以促进不同系统间接口的互通。比如，提供统一门户管理、统一通信服务、统一数据管理、统一检索服务、统一工作流程、统一媒体服务、统一文件服务、统一应用开发与接入、统一标准规范等公共的信息服务功能，并为这些服务搭建一个调用关系松耦合的架构，从而支撑开展跨部门、跨层级的业务协作，实现学校业务应用的互通、互操作。

4.移动智能化需求

随着移动互联网的发展，传统的管理信息系统趋于移动化。然而，目前智慧校园涉及的众多应用系统在应对移动互联挑战时，往往只是从用户的访问页面进行了重构，而并未深入到具体的功能和业务流程层面。因此，为了更有效地支持学生进行随时随地学习、提升教学管理和家校沟通等工作的效率，需要在数据充分共享的前提下构建同时兼容PC 端和移动端的业务应用系统，实现跨终端的一贯化学习体验，打破空间与时间的局限。

（二）结构体系

教育数字化转型的核心是促进全要素、全业务、全领域和全流程的数字化转型，涉及教与学过程中的方方面面，如人才培养目标、教育教学内容、教学模式、教学评价方式、教师专业能力、学习环境等。因此，采用以需求定义服务的思路开展智慧校园建设，可通过系统化的需求分析获得来自各利益相关群体的真实需求，并从基础设施层、数据支撑层、平台能力层、业务应用层和用户层五个方面对智慧校园结构体系进行顶层设计（见图2）。通过一套多种技术制式的泛在基础网络、基于物联网络和感知终端设备的基础设施层，汇聚校园基础数据和校园大数据的数据支撑层，搭建具备五大服务能力的平台能力层，覆盖校园安全、校园管理、校园服务、校园生态的业务应用层的系统，从而为学生、教师、家长、教育管理人员和技术人员提供智能化的支持服务和解决方案。

1.面向学生、教师、家长、教育管理人员和技术人员的“五位一体式”服务体系

根据学生、教师、家长、教育管理人员和技术人员的管理和服务需求，形成及时响应式的个性化服务体系。对于学生，从学习者行为角度了解学习过程的发生机制，以优化学习过程设计，提供个性化学习方案；对于教师，及时获得有关学生的学习成绩、学习过程、学习环境的信息，及时获得有关个人职业发展、进修、晋升所需的学习材料；对于家长，实时了解孩子在学校的安全情况、学业表现、兴趣爱好等信息；对于教育管理人员，获取校园各个层面的实时信息，包括校园安全、教学质量、校园文化、校园建筑等；对于技术人员，基于用户的实际使用数据，通过分析获得优化学习管理系统导航设计、用户界面设计、指导反馈系统设计的科学数据。

图2 智慧校园体系结构

2.聚焦“安全、管理、服务、生态”的业务应用层

打造面向校园安全、校园管理、校园服务、校园生态四个层面的业务应用层，构建具有高度感知能力、控制能力、协同能力和服务能力的智慧应用系统。通过以上四个层面的应用，将学校的物理空间、数字空间和社会空间有机结合起来，通过在网络空间的计算发现校园运行规律并反馈优化，开展以人为本的个性化创新服务，实现学校智慧运行，支撑学校开展智慧教育。

3.构建以“云”为核心支撑的平台能力层

以“云”为核心支撑的平台能力层主要包括统一的用户认证和开放接口接入能力、统一的安全认证能力、云计算与确权存储的服务能力、大数据分析与决策支持能力、情境智能感知能力。首先，借助云服务平台进行数据的统一采集和传输共享，基于安全协议和规范，打造强有力的安全认证能力；其次，通过大数据技术对数据信息进行智能分析，提供决策支撑及预警预判；最后，形成强有力的信息支撑系统，实现对基于物联网的全感知智慧校园的有力支撑。

4.打造基于教育大数据中台兼容各类数据来源的数据支撑层

从校园基础数据和校园大数据两个层面，规划数据支撑层，能够兼容来自各种教育实践活动、各类教育群体的数据。同时，制定校园基础数据和校园大数据的采集范围及标准，采用xAPI（experience API）规范以信息对四元组（操作者、动作、对象、时间）的形式对涉及的各类教育数据进行集中式统一化汇聚、存储与管理，支持跨平台、跨场景的多元数据兼容，避免数据冗余，最终以教育大数据中台为依托，为业务应用层中的各项业务提供数据查询、合并、汇总、分析和决策服务。

5.铺设以泛在基础网络为特色的基础设施层

铺设以3G/4G/5G、光纤宽带、WiFi、NB-IoT、eMTC 等网络技术为基础的泛在基础网络接入层，建设教育专网，实现对智能感知数据和信息的无缝、高效、实时传输。通过电脑、手机、iPad、传感器、摄像头、可穿戴设备等进行全体系的物联网终端布局，实现对校园“人员—物体—环境”的全方位感知和动态智能识别。

基于智慧校园体系结构（见图2），可以基本实现中小学网络的泛在联通、服务的分类管理、应用的按需供给，为智慧校园的建设打下良好基础。除此之外，精通教育信息化的管理者对于推动基础教育的转型升级也至关重要，因此还需要加快数字化创新人才的培养，使其能够服务于新的信息化建设体系。

四、结语

智慧校园不是单纯地“建”，而是要将“建”“用”“评”三者有机结合，建设的总体思路是“建设中应用，应用中评价，评价中变革”。通过教育主管部门与学校的有机协同，分步实施、稳步推进校园信息化建设，实现校园智慧水平的迭代升级。

学校将成为未来教育大数据生态系统的基石，智慧校园建设中所包括的多媒体教室、实验室、体育场、创客空间等各类场景空间，都将是重要的数据生成和利用来源。在智慧校园建设的过程中，一方面，需要连接好各种“孤岛式”的平台系统，以核心教育业务为依托，促进数据在业务处理流程中进行无缝流转，做到既高效地使用数据又原创性地生成数据，破除“数据孤岛”“数据烟囱”障碍；另一方面，智慧校园运转过程中所产生的海量数据将成为学校未来的重要资产，这项资产中携带着利益相关群体的重要隐私信息。因此，只有做好数据权责的清晰界定，才能最大限度地保障数据安全，最大限度地发挥数据资产的价值。